纳米二硫化钼润滑油的摩擦学性能和传热行为研究

Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ， Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ０ ０ １ ９ ０ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ； ２ ． Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅ Ａ ｃ ａ ｄ ｅ ｍ ｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ， Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ０ ０ ０ ４ ９ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ； ３ ． Ｉ Ｐ Ｅ － Ｌ ｅ ｅ ｄ ｓ Ｊ ｏ ｉ ｎ ｔ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｆ ｏ ｒ Ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ Ｓ ｔ ｏ ｒ ａ ｇ ｅ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ， Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ０ ０ １ ９ ０ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
２ ０ １ ３年 ６月 第３ ８卷 第 ６期
润滑与密封
ＬＵＢＲＩ ＣＡＴ １ ０Ｎ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ
Ｊ ｕ ｎ ｅ ２ ０ １ ３
Ｖｏ １ ． ３ ８ Ｎｏ ． ６

Ｄ ＯＩ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． ０ ２ ５ ４— ０ １ ５ ０ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ６ ． Ｏ ０ ４
Ｔｒ ｒ ｉ ｂ Ｄ ｏ ｌ ｏ ｇ ｌ ￣ ｉ ｃ ａ ’Ｃｈ ｌ ｃｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ Ｃ ｃ Ｓ ｓ ａ ｎ ｄ Ｈｅ ａ ｔ Ｔｒ １ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｔ ｅ ｒ Ｂｅ ｅ ｈａ ａ ｖ ｉ ｏ ｒ０ ｆ ｔ Ｎａ ｎｏ ． Ｍｏ Ｓ ． Ｂａ ｓ ｅ ｄ Ｌｕｂ ｒ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ Ｏｉ ｌ
纳 米 二 硫化 钼 润 滑 油 的摩 擦 学性 能和 传 热行 为 研 究
万 庆 明 金 翼 。 丁 玉 龙
北京 １ ０ ０ １ ９ ０ ；２ ．中国科学 院大学
（ １ ．中国科学院过程工程研究所多相复杂 系统 国家重 点实验 室
北京 １ ０ ０ ０ ４ ９ ；３ ．中科 院过程工程所与英 国利兹大学储能技术联 合研究 中心
Ｗａ ｎ Ｑｉ ｎ ｇ ｍｉ ｎ ｇ ’ ’ 。 Ｊ ｉ ｎ Ｙｉ ， Ｄｉ ｎ ｇ Ｙ ｕ ｌ ｏ ｎ ｇ ’ 。
（ １ ． Ｓ ｔ ａ ｔ ｅ Ｋ ｅ ｙ Ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｙ ｏ ｆ Ｍ ｕ ｈ ｉ ｐ ｈ ａ ｓ ｅ Ｃ ｏ ｍ ｐ ｌ ｅ ｘ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｓ ， Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｉ ｒ ｎ ｇ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅ Ａ ｃ ａ ｄ ｅ ｍ ｙ ｏ ｆ
摩擦件表 面形成 的沉积膜效应 ，修复效应及第三体模 型 。在实 际摩擦 过 程 中 ，通 常是 ２种 或 ２种 以 上 的机制 同时发挥作用 。从 流体 的角度讲 ，纳米润滑 油属 于纳米 流 体 的一 种¨ 。有关 纳 米 流体 的文献 ，
大多 以研究其在导热传热性 能方 面的改善为主 ，且基
通讯 作者 ：丁玉龙 ，男 ，教 授 ，研 究方 向为 纳微 悬 浮 液 的 制 备 及 性 能 研 究 ，多 相 流 动 与 传 热 过 程 研 究 等 ． Ｅ — ｍ ａ ｉ ｌ ：ｙ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ ＠
ｍａ ｉ ｌ ． ｉ ｐ ｅ ． ａ ｃ ．Ｃ ｌ Ｌ
液多 为水 、乙醇 、乙二 醇 等传 统流 体 ” 。 因此 ， 纳米润滑油作为纳米 流体 的一种 ，除了对其摩 擦学性
ｔ ｅ ｄ ． Ｌ ａ ｙ ｅ ｒ ｅ ｄ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｄ ｎ ａ ｎ ｏ ． Ｍ ｏ Ｓ ， ｐ ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ ｓ ｗ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｓ ｐ ｅ ｎ ｄ ｅ ｄ ｉ ｎ ａ ｂ ａ ｓ ｅ ｌ ｕ ｂ ｉ ｒ ｃ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｏ ｉ ｌ ｗ ｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ａ ｉ ｄ ｏ ｆ ａ ｄ ｉ ｓ ｐ ｅ ｒ ｓ ａ ｎ ｔ （ Ｓ ｐ ａ ｎ ８ ０ ） ｔ ０ ａ ｃ ｈ ｉ ｅ ｖ ｅ ｇ ｏ ｏ ｄ ｓ ｕ ｓ ｐ ｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ． ｈｅ Ｔ ｒ ｈ ｅ ｏ ｌ ｏ ｉ ｇ ｃ ｌ ａ ｂ ｅ ｈ ａ ｖ ｉ ｏ ｒ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｒ ｍａ ｌ ｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｂ ａ ｓ ｅ ｏ ｉ ｌ ｎｄ ａ ｎ ａ ｎ ｏ — Ｍｏ Ｓ ２ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ
目前 ，很多研究通过添加纳米颗粒来改善传统润
滑油的润滑性能 。一般将这种 添加 了纳米颗 粒的润
效果 。在 这些 研 究 中 ，常用 的纳 米颗 粒有 Ｔ ｉ Ｏ ： 、石 墨 、富勒 烯 、纳米 金 刚石 、二硫 化 钨 、二 硫 化 钼等 等 。针对纳米 润滑油表 现 出的优 良摩擦 学性 能 ， 许多研究者都对其 减摩抗磨 机制 进行 了研究 和分 析 ，
提 出的机制 主要包 括 ：纳 米颗粒 的轴承滚珠效应 ，在
滑油称为纳米润滑油。以往的研 究结果 表明 ，向润滑 油 中添加少量 的纳米颗粒就可 以产生 明显 的减摩抗磨
｝ 基金 项 目：国 家 自然 科 学 基金 项 目 （ ２ １ １ ０ ６ １ ４ ８ ；２ １ １ ０ ６ １ ５ １ ） ；
北京 １ ０ ０ １ ９ ０ ）
摘要 ：研究纳米二硫化钼润滑油的摩擦学性 能和传 热性能。将片层状 的二 硫化钼纳米颗 粒分散到基础润 滑油 中。 通过加人适量的分散剂 （ Ｓ ｐ ａ ｎ ８ ０ ）制备出稳定的纳米润滑油悬 浮液 。实验测 量纳米悬浮液 的流变特性 和导热 性能，测 试结果发现加入适量的纳米颗粒后黏度与基础润滑油相 比变化不大 ，而导热系数明显提高 ，表明所制备 的纳米润滑油是
国家科 技支 撑计划 课题 （ ２ ０ １ ２ Ｂ Ａ Ａ ０ ３ Ｂ ０ ３ ）．
收稿 日期 ：２ ０ １ ２—１ ２— ０ ４ 作者简 介 ：万庆明 ，女 ，博士研 究生 ，研究 方 向为 纳米材 料在 润 滑过程 中的应用 ． Ｅ — ｍ ａ ｉ ｌ ： ｑ ｍ ｗ ａ ｎ ＠ｍ ａ ｉ ｌ ． ｉ ｐ ｅ ． ａ ｃ ． ｃ ｎ ．
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔｈ ｅ ｔ ｒ ｉ ｂ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｃ ｌ ａ ｃ ｈ ｒａ ａ ｃ ｔ ｅ ｉｓ ｒ ｔ ｉ ｃ ｓ ａ ｎ ｄ ｈ ｅ ａ ｔ ｔ ｒ ａ ｎｓ ｆ ｅ ｒ ｂ ｅ ｈ ａ ｖ ｉ ｏ ｒ ｏ ｆ ｎ ａ ｎ ｏ － Ｍｏ Ｓ ２ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｌ ｕ ｂ ｉｃ ｒ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｏ ｉ ｌ ｗｅ ｒ ｅ ｉ ｎ ｖ ｅ ｓ ｔ ｉ ｇ ａ －
１ ８
润滑与密封 １ ． ２ 润 滑 性 能 测 试
第３ ８卷
能进行研究 ，还有必要对其导热性能及其在摩擦过程 中的传热性能进行分析¨ ” 。 本文作 者通过研究摩擦过程 中纳米润滑油 的摩擦 因数 随 负 荷 变 化 的 关 系 曲 线 ，利 用 无 量 纲 因 数 （ Ｓ ｏ ｍ ｍ ｅ ｒ ｆ ｉ ｅ ｌ ｄ数 ）研究 润滑油在摩擦过程 中的润 滑状
在摩擦过程 中的传热行为 。
１ 实 验 部 分
１ ． １ 纳 米 二 硫 化钼 润 滑 油 的 制备
验负荷情况下摩擦 因数 的变化及油盒底部润滑油 的温 度变化情况 ，其试验 条件 为 主轴 转速 ５ ０ ０ ｒ ／ ｍ ｉ ｎ ，在 １ ０ ０～ １ ０ ０ ０ Ｎ不 同压力负荷下分别试验 １ ０ ｍ ｉ ｎ ，初始 温度均设 定 为 ３ ０℃ 。另一 组 参 照 国 家标 准 （ Ｇ Ｂ Ｔ ３ １ ４ ２ ． １ ９ ８ ２ ）对润滑油在 摩擦 试验 过 程 的抗磨 性能 进 行测试 ，试验 条件为 主轴转速 １ ２ ０ ０ ｒ ／ ｍ ｉ ｎ ，在 １ ４ ７ Ｎ 负荷和 ７ ５℃持续试验 １ ｈ 。根据钢球表面 的磨损形貌 ， 评估润滑油的抗磨性能。形貌观测所用 显微镜为光学
ｏ ｉ ｌ ｗｅ ｒ ｅ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｃ ｏ ｍｐ ｒｅ ａ ｄ ． Ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｌ ｉ ｔ ｔ ｌ ｅ ｃ ｈ ｎｇ ａ ｅ ｓ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｖ ｉ ｓ ｃ ｏ ｓ ｉ ｔ ｙ ｎｄ ａ ａ ｓ ｉ ｇ ｎ ｉ ｉ ｆ ｃ ａ ｎ ｔ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｒ ｌ ｃ ０ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｙ ｃ ０ ｍｐ ｒｅ ａ ｄ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｂ ａ ｓ ｅ ｏ ｉ ｌ ． ｉ ｎ ｄ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｎ ａ ｎ ｏ ． ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｉ ｌ ｆ ｏ ｍｕ ｒ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｕ ｌ ｄ ｓ ｅ ｒ ｖ ｅ ａ ｓ ａ ｇ ｏ ｏ ｄ ｈ ｅ ａ ｔ ｔ ｒ ｎｓ ａ ｆ ｅ ｒ ｌ ｆ ｕ — ｉ ｄ ． Ｔ ｈ ｅ ｆ ｒ ｉ ｃ ｔ ｉ ０ ｎ ｃ ｈ ｒａ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ａ ｎ ｄ ｗｅ ｒ ａ ｂ ｅ ｈ ａ ｖ ｉ ｏ ｒ ｗｅ ｒ ｅ ｓ ｔ ｕ ｄ ｉ ｅ ｄ ｗｉ ｔ ｈ ａ ｆ ｏ ｕ ｒ — ｂ ｌｌ ａ ｔ ｒ ｉ ｂ ｏ ｔ ｅ ｓ ｔ ｅ ｒ ． Ｔｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｈｓ ｉ ｎ ｄ ｉ ｃ ａ ｔ ｅ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｎ ａ Ｊ １ ｏ ． Ｍ０ Ｓ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏｒ ｆ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｈ ａ ｖ ｅ ａ ｌ ｏ ｗｅ ｒ ｆ ｉｃ ｒ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｅ ｆ ｉｃ ｆ ｉ ｅ ｎ ｔ ｎｄ ａ ａ ｂ ｅ ｔ ｔ ｅ ｒ ｎｔ ａ ｉ ． ｗｅ ａ ｒ ｂ ｅ ｈ ａ ｖ ｉ ｏ ｒ ｔ ｈ ａ ｎ ｔ ｈ ｅ ｂ ａ ｓ ｅ ｏ ｉ ｌ ｉ ｎ ａ ｌ ｌ ｌ ｕ ｂ ｒ ｉ —
态 ，并通过监测摩擦 过程 中油温 的变化 ，分析润滑油
在 四球摩擦磨损试验机上分别对基 础润滑油及纳 米Ｍ ｏ Ｓ ， 润滑油 的摩擦 学性 能进行 了测试 。测试 所用 钢球材质为高 品质 的镀铬轴承钢 Ｇ Ｃ ｒ ｌ ５ ，直径为 １ ２ ． ７
ｍ ｍ，硬度为 Ｈ Ｒ Ｃ ６ ４～ ６ ６ 。 润滑性能测试分两组进行 ，一组主要测量 不同试
一
种理想的传热流体 。采用四球摩擦试验机对纳米润滑油 的摩擦磨损性能进行研究分析 ，发现在不 同摩擦实验条件下 ，
关键 词 ：纳米 润 滑油 ；二 硫化 钼 ；摩擦 学 性 能 ；Ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｅ ｃ ｋ曲线 ；传 热行 为
所制备的纳米二硫化钼润滑油相 比基础润滑油均表现出了较低的摩擦因数 和较好的抗磨性能。 中图分类号：Ｔ Ｈ １ １ ７ ． ２ ；Ｔ Ｋ １ ２ ４ 文献标识码 ：Ａ 文章编号：０ ２ ５ ４— ０ １ ５ ０（ ２ ０ １ ３ ）６— ０ １ ７— ５
ｃ ａ ｎ ｔ ｒ ｅ ｉｍｅ ｇ ｓ ．
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： ｎ ｎｏ ａ － ｂ ｓｅ ａ ｄ ｏ ｉ ｌ ； Ｍｏ Ｓ ２ ； ｔ ｒ ｉ ｂ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｃ ａ ｌ ｃ ｈ ｒａ ａ ｃ ｔ ｅ ｉｓ ｒ ｔ ｉ ｃ ｓ ； Ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｅ ｃ ｋ ｃ ｕ ｒ ｖ ｅ； ｈ ｅ ａ ｔ ｔ ｒ ｎｓ ａ ｆ ｅ ｒ ｂ ｅ ｈ ａ ｖ ｉ ｏ ｒ